WO2012165241A1 - 高周波スイッチ - Google Patents

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WO2012165241A1
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high frequency
parallel
frequency
diode
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文典 鮫島
正彦 小浜
卓男 森本
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三菱電機株式会社
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    • HELECTRICITY
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    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
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    • HELECTRICITY
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    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
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    • H01P1/10Auxiliary devices for switching or interrupting
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    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40Circuits
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    • H04B1/48Transmit/receive switching in circuits for connecting transmitter and receiver to a common transmission path, e.g. by energy of transmitter
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    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/74Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of diodes
    • H03K17/76Switching arrangements with several input- or output-terminals, e.g. multiplexers, distributors

Definitions

  • the present invention relates to a high-frequency switch used in a high-frequency circuit such as a transmission / reception module to switch a high-frequency signal path.
  • the transmission / reception module uses a common antenna to transmit a transmission signal and receive a reception signal, so that a high-frequency switch connected to the antenna switches the transmission unit to transmit and the reception unit to connect to the antenna at the time of reception.
  • Patent Document 1 describes a high-frequency switch circuit in which a capacitor is connected in parallel with a transmission line in the switch circuit. According to the high-frequency switch circuit of Patent Document 1, it is described that an isolation of 35 dB or more can be ensured even in a band in which a part of the transmission frequency band and the reception frequency band overlap.
  • Patent Document 2 describes a high-frequency switch using an SPST (Single-Pole, Single-Throw) switch.
  • the high-frequency switch of Patent Document 2 is a 90 ° hybrid coupler in which a SPST switch and a variable phase shifter capable of setting a phase difference of 0 ° or ⁇ 90 ° are connected in cascade, and a 90 ° hybrid coupler is connected to the output end of the variable phase shifter. Configured to connect. Then, by controlling the on / off state of the SPST switch and the amount of phase shift in the variable phase shifter, the high frequency signal input from the input terminal 1 is sent to either the output terminal 2 or the output terminal 3. Output.
  • SPST Single-Pole, Single-Throw
  • Patent Document 5 describes that a limiter diode is used as a switching element.
  • the high-frequency switch described in Patent Document 1 or Patent Document 2 requires a control signal from the outside, and requires a control circuit for generating this external control signal.
  • a control circuit for generating this external control signal In particular, when the high-frequency switch is switched at high speed or driven at a high voltage, a complicated control circuit is required. For this reason, the conventional high-frequency switch has a problem that the circuit scale of the control circuit which is a peripheral circuit becomes large.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a small high-frequency switch that does not require an external control signal.
  • the high-frequency switch according to the present invention has one end connected to the first high-frequency signal input / output terminal and the other end connected to the second high-frequency signal input / output terminal. 1 anti-parallel diode.
  • the switching operation of the high frequency switch is performed by the on / off operation of the anti-parallel diode by the input high frequency power, a control circuit for generating the switching signal is unnecessary and a small high frequency switch is obtained. It is done.
  • FIG. 1 It is a circuit diagram of the high frequency switch of the SPDT system which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is an equivalent circuit diagram of a high frequency switch when a high frequency signal of large signal power is passed. It is an equivalent circuit diagram of a high frequency switch at the time of passing a high frequency signal of small signal power. It is a circuit diagram of the high frequency switch concerning Embodiment 2 of the present invention. It is a circuit diagram of the high frequency switch concerning Embodiment 3 of the present invention. It is a circuit diagram of the high frequency switch of the SPST system which concerns on Embodiment 4 of this invention. It is a circuit diagram of the high frequency switch concerning Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 1 It is an equivalent circuit diagram of a high frequency switch when a high frequency signal of large signal power is passed. It is an equivalent circuit diagram of a high frequency switch at the time of passing a high frequency signal of small signal power. It is a circuit diagram of the high frequency switch concerning Embodiment 2 of the present
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the fifth embodiment is applied to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the fifth embodiment is applied to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the fifth embodiment is applied to the fourth embodiment. It is a circuit diagram of the high frequency switch concerning Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the sixth embodiment is applied to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the sixth embodiment is applied to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the sixth embodiment is applied to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of another high frequency switch in which the configuration of the sixth embodiment is applied to the fourth embodiment. It is a circuit diagram of the high frequency switch concerning Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the seventh embodiment is applied to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the seventh embodiment is applied to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the seventh embodiment is applied to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of another high frequency switch in which the configuration of the seventh embodiment is applied to the second embodiment.
  • FIG. Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an SPDT (Single Pole, Dual Trow) type high frequency switch for switching between a transmission circuit and a reception circuit connected to an antenna.
  • the high frequency switch includes an antiparallel diode 4 (first antiparallel diode), a quarter wavelength line 5 (first quarter wavelength line), and an antiparallel diode 7 (second antiparallel diode).
  • the high frequency switch includes an antenna terminal 1 (first high frequency input / output terminal) for the antenna 10, a transmission terminal 2 (second high frequency input / output terminal) for the transmission circuit 8, and a reception terminal 3 (third high frequency input / output terminal). ) To the receiving circuit 9 respectively.
  • the anti-parallel diode 4 is composed of two PIN diodes (P-Intrinsic-N diodes) connected in parallel so that the anode and the cathode are opposite to each other.
  • the anti-parallel diode 4 is connected to the antenna terminal 1 and the transmission terminal 2.
  • the quarter wavelength line 5 is connected to the branch point 11 on the antenna terminal 1 side of the anti-parallel diode 4 and the reception terminal 3.
  • the quarter wavelength line 5 has a use frequency of the high frequency switch, that is, a transmission length of a quarter wavelength of a high frequency signal passing through the high frequency switch. Therefore, a phase difference of ⁇ / 2 of the used frequency is generated at both ends of the quarter wavelength line 5.
  • the anti-parallel diode 7 is composed of two PIN diodes (p-intrinsic-n-Diode) connected in parallel so that the anode and the cathode are opposite to each other.
  • the anti-parallel diode 7 is connected to the connection point 12 on the receiving terminal 3 side of the quarter wavelength line 5.
  • One end of the anti-parallel diode 7 is connected to the circuit ground 6.
  • the ground 6 is an equipotential point that provides a potential serving as a circuit reference.
  • the high-frequency signal output from the transmission circuit 8 passes through the anti-parallel diode 4 via the transmission terminal 2 and is output to the antenna 10 connected to the antenna terminal 1.
  • the high-frequency signal received by the antenna 10 passes through the quarter wavelength line 5 from the branch point 11 on the transmission circuit 8 side and the reception circuit 9 side, and is input to the reception circuit 9 connected to the reception terminal 3.
  • FIG. 2A is an equivalent circuit diagram of the high-frequency switch when a high-frequency signal with large signal power is passed.
  • the anti-parallel diodes 4 and 7 can be regarded as the parallel resistors 4a and 7a, respectively, when a high-frequency signal with a large signal power is passed.
  • the large signal power is power that is equal to or higher than a voltage (forward voltage) at which a current rapidly increases due to a forward bias of the diode. Since the two resistors of the parallel resistors 4a and 7a are actually diodes, current flows only in one direction, respectively. However, since the two diodes are connected in parallel in opposite directions, current flows in both directions. As a result, the transmission signal flows in the direction indicated by the arrow of the transmission signal 13.
  • the anti-parallel diodes 4 and 7 are turned on (conductive state) when a high-frequency signal with a large signal power of, for example, 100 mW, which is equal to or higher than the forward voltage of the PIN diode, is input, and looks like a minute resistance at high frequencies. Since the anti-parallel diode 7 appears to be a minute resistance at high frequencies, the connection point 12 becomes a short-circuit point of the ground 6. Since the branch point 11 on the transmission circuit 8 side and the reception circuit 9 side is a quarter of the wavelength of the frequency of the high frequency signal from the connection point 12 that is a short circuit point, it is an open point in terms of high frequency. As a result, the transmission signal 13 is output to the antenna 10 without going to the path on the reception circuit 9 side.
  • FIG. 2B is an equivalent circuit of a high-frequency switch when a high-frequency signal with small signal power is passed.
  • the anti-parallel diodes 4 and 7 can be regarded as parallel capacitors 4b and 7b, respectively.
  • the small signal power is power smaller than a voltage (forward voltage) at which a current rapidly increases due to a forward bias of the diode.
  • the power is equal to or lower than the breakdown voltage (absolute value) of the diode. In this region, the diode hardly conducts current in either direction. As a result, the received signal flows along the path indicated by the arrow of the received signal 14.
  • the anti-parallel diodes 4 and 7 are in an off state (cut-off state) when a high-frequency signal having a small signal power of, for example, several mW less than the forward voltage of the PIN diode is input, and the high-frequency signals are connected to the parallel capacitors 4b and 7b. Visible and open. Since the antiparallel diodes 4 and 7 appear to be open at high frequencies, the reception signal 14 is input to the reception circuit 9 without passing through the antiparallel diodes 4 and 7.
  • the high-frequency switch according to the first embodiment automatically switches the signal path according to the power level of the high-frequency signal passing therethrough.
  • a diode having a forward voltage that switches the on / off state with a desired power By selecting a diode having a forward voltage that switches the on / off state with a desired power, and configuring the anti-parallel diodes 4 and 7, a switch that is in a conductive state at input power higher than a predetermined high-frequency power Can be configured.
  • the anti-parallel diodes 4 and 7 do not require an external control signal, a complicated control circuit such as a control circuit for switching a high-frequency switch at a high speed or a control circuit for driving at a high voltage is unnecessary, and the anti-parallel diodes 4 and 7 are configured in a small size. be able to. Further, in the configuration of the anti-parallel diodes 4 and 7, since a high voltage is not applied to the PIN diode, a high-power transmission signal of, for example, several hundred watts can be passed with low loss.
  • the high frequency switch of the first embodiment allows the high-frequency signal of the large signal power to pass through the anti-parallel diode 4 and blocks the high-frequency signal of the small signal power, the transmission signal other than the transmission signal generated by the transmission circuit 8 can be obtained.
  • the small signal power noise occurs, the small signal power noise is prevented from leaking to the receiving circuit 9 side.
  • the case where a high-frequency signal with large signal power passes from the transmission terminal 2 to the antenna terminal 1 and a high-frequency signal with small signal power passes from the antenna terminal 1 to the reception terminal 3 has been described.
  • the anti-parallel diodes 4 and 7 are turned on, so that the high-frequency signal with a large signal power passes to the transmission terminal 2.
  • the anti-parallel diodes 4 and 7 are turned off, so that the high-frequency signal with small signal power has a reversible characteristic to pass to the antenna terminal 1.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of the high-frequency switch according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the high-frequency switch of the second embodiment has a configuration in which the anti-parallel diode 4 of the first embodiment is replaced with two anti-parallel diodes 41 and 42 connected in series.
  • the anti-parallel diode 4 on the transmission circuit 8 side has a two-stage configuration
  • the antiparallel diode 4 may be composed of a plurality of stages of three or more stages.
  • Embodiment 3 In the third embodiment, in addition to the configuration of the second embodiment, a quarter wavelength line at the wavelength of the use frequency of the high frequency switch, which is connected in series between the two-stage anti-parallel diodes 41 and 42, is provided. .
  • FIG. 4 is a circuit diagram of the high frequency switch according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the two-stage antiparallel diodes 41 and 42 are connected via a 1 ⁇ 4 wavelength line 16 (second 1 ⁇ 4 wavelength line) at the wavelength of the use frequency of the high frequency switch.
  • the same components as those in FIG. The configuration of the quarter wavelength line 5, the anti-parallel diode 7, the reception terminal 3, and the ground 6 is the same as in the first and second embodiments.
  • the open state of the antiparallel diodes when the high-frequency signal with small signal power is passed becomes two stages. Therefore, there is an effect that the isolation amount when the transmission circuit 8 side is viewed from the branch point 11 on the transmission circuit 8 side and the reception circuit 9 side is increased. Furthermore, since the connection point between the anti-parallel diode 41 and the quarter wavelength line 16 appears to be an open point by providing the quarter wavelength line 16, the small signal power is further suppressed, and the amount of isolation of the small signal power is reduced. It can be made larger than in the second embodiment of the invention.
  • the anti-parallel diode 4 may be composed of a plurality of stages of three or more stages with the quarter wavelength line 16 interposed. By changing the number of stages of the anti-parallel diode 4, the amount of isolation when the transmission circuit 8 side is viewed from the branch point 11 on the transmission circuit 8 side and the reception circuit 9 side when a high-frequency signal with small signal power is passed is adjusted. Can do.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of a high frequency switch according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the high-frequency switch includes an anti-parallel diode 4 connected in series between the transmission circuit 8 and the antenna 10.
  • the high-frequency switch in FIG. 5 corresponds to the circuit on the transmission circuit 8 side in FIG.
  • the anti-parallel diode 4 can be regarded as the parallel resistor 4a when a high-frequency signal of large signal power output from the transmission circuit 8 is input.
  • a high-frequency signal having a large signal power of, for example, 100 mW exceeding the forward voltage of the PIN diode is input, it is turned on and looks like a very small resistance in terms of high frequency. Therefore, when a high-frequency signal with large signal power is input from the transmission terminal 2, the antenna terminal 1 and the transmission terminal 2 are in a conductive state, and the high-frequency signal from the transmission circuit 8 is transmitted to the antenna 10.
  • the anti-parallel diode 4 can be regarded as a parallel capacitor 4b.
  • the anti-parallel diode 4 is in an off state when a high-frequency signal with a small signal power of, for example, several mW, which is less than the forward voltage of the PIN diode, is input.
  • a high-frequency signal with a small signal power of, for example, several mW, which is less than the forward voltage of the PIN diode
  • the high-frequency switch according to the fourth embodiment of the present invention is automatically turned on / off according to the magnitude of the power of the high-frequency signal passing therethrough, and operates as a small SPST switch that does not require an external control signal. .
  • the high-frequency switch according to the fourth embodiment not only allows a high-frequency signal with a large signal power to pass through the anti-parallel diode 4 but also blocks a high-frequency signal with a small signal power.
  • noise of small signal power is generated, there is an effect of preventing noise of small signal power from being radiated from the antenna 10.
  • the anti-parallel diode 4 is configured in a plurality of stages, and the amount of isolation of the small signal power can be adjusted.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a high frequency switch according to Embodiment 5 of the present invention. In FIG. 6, the same components as those in FIG.
  • an inductance 20 (first inductance) is connected in parallel to the anti-parallel diode 4.
  • the anti-parallel diode 4 is turned off, and the antenna terminal 1 and the transmission terminal 2 are cut off. Become.
  • the fall time which is the transition time to the cut-off state, can be shortened by providing the inductance 20.
  • the impedance of the inductance 20 is high resistance at the frequency of the high frequency signal, the high frequency signal passing through the inductance 20 can be ignored.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the fifth embodiment is applied to the second embodiment.
  • inductances (first inductances) 201 and 202 are connected in parallel to the anti-parallel diodes 41 and 42 of the high-frequency switch of FIG.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the fifth embodiment is applied to the third embodiment.
  • the high frequency switch of FIG. 8 has inductances 201 and 202 connected in parallel to the anti-parallel diodes 41 and 42 of the high frequency switch of FIG.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the fifth embodiment is applied to the fourth embodiment.
  • the high frequency switch of FIG. 9 has an inductance 20 connected in parallel with the anti-parallel diode 4 of the high frequency switch of FIG.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a high frequency switch according to Embodiment 6 of the present invention. In FIG. 10, the same components as those in FIG.
  • an inductance 21 (second inductance) is connected between the antenna terminal 1 side of the anti-parallel diode 4 and the ground 22.
  • the ground 22 is an equipotential point that provides a reference potential for the same circuit as the ground 6.
  • the impedance of the inductance 21 is high resistance at the frequency of the high frequency signal, the high frequency signal passing through the inductance 21 can be ignored.
  • FIG. 11 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the sixth embodiment is applied to the second embodiment.
  • an inductance 21 is connected between the antenna terminal 1 side of the anti-parallel diode 41 of the high frequency switch of FIG. 3 and the ground 22.
  • FIG. 12 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the sixth embodiment is applied to the third embodiment.
  • an inductance 21 is connected between the antenna terminal 1 side of the anti-parallel diode 41 of the high frequency switch of FIG. 4 and the ground 22.
  • FIG. 13 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the sixth embodiment is applied to the fourth embodiment.
  • an inductance 21 is connected between the antenna terminal 1 side of the antiparallel diode 4 of the high frequency switch of FIG. 5 and the ground 22.
  • FIG. 14 is a circuit diagram of another high-frequency switch in which the configuration of the sixth embodiment is applied to the fourth embodiment.
  • the antiparallel diode 4 of the fourth embodiment is configured in a two-stage configuration, and an inductance 21 is connected between the antenna terminal 1 side of the antiparallel diode 41 connected to the transmission terminal 2 and the ground 22. Has been.
  • an inductance 21 is provided on the common connection point side of the series connection.
  • FIG. 15 is a circuit diagram of a high frequency switch according to Embodiment 7 of the present invention. 15, the same components as those in FIGS. 1, 6, and 10 are denoted by the same reference numerals.
  • the high-frequency switch of the seventh embodiment has an inductance 20 connected in parallel to the antiparallel diode 4, and an inductance 21 between the antenna terminal 1 side of the antiparallel diode 4 and the ground 22. Is connected.
  • the high frequency switch according to the seventh embodiment uses the inductance 20 and the inductance 21 and uses the high frequency switch according to the fifth and sixth embodiments of the present invention in combination. Therefore, a high frequency switch having a shorter fall time than the high frequency switches of the fifth and sixth embodiments can be obtained.
  • FIG. 16 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the seventh embodiment is applied to the second embodiment.
  • the high frequency switch of FIG. 16 has an inductance 21 connected between the antenna terminal 1 side of the antiparallel diode 42 and the ground 22 in the high frequency switch of FIG.
  • FIG. 17 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the seventh embodiment is applied to the third embodiment.
  • the high frequency switch of FIG. 17 has an inductance 21 connected between the antenna terminal 1 side of the anti-parallel diode 42 and the ground 22 in the high frequency switch of FIG.
  • FIG. 18 is a circuit diagram of a high frequency switch in which the configuration of the seventh embodiment is applied to the fourth embodiment.
  • the high frequency switch of FIG. 18 has an inductance 21 connected between the antenna terminal 1 side of the antiparallel diode 4 and the ground 22 in the high frequency switch of FIG.
  • FIG. 19 is a circuit diagram of another high-frequency switch in which the configuration of the seventh embodiment is applied to the fourth embodiment.
  • the high frequency switch of FIG. 19 has an inductance 21 connected between the antenna terminal 1 side of the anti-parallel diode 41 and the ground 22 in the high frequency switch of FIG.
  • the inductance 21 is the common connection point of the antiparallel diodes 4 connected in series, the antenna terminal 1 side, the transmission You may provide in any of the terminal 2 side.
  • Antenna terminal (first high-frequency signal input / output terminal) 2 Transmission terminal (second high-frequency signal input / output terminal) 3 Reception terminal (third high-frequency signal input / output terminal) 4, 41, 42 Anti-parallel diode (first anti-parallel diode) 5 1/4 wavelength line (first 1/4 wavelength line) 6 Ground 7, 71, 72 Anti-parallel diode (second anti-parallel diode) 8 Transmission Circuit 9 Reception Circuit 10 Antenna 11 Branching Point 12 Connection Point 13 Transmission Signal 14 Reception Signal 16 1/4 Wavelength Line (Second 1/4 Wavelength Line) 20 Inductance (first inductance) 21 Inductance (second inductance) 22 Ground 201, 202 Inductance (first inductance)

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Abstract

 外部からの制御信号を必要としない小型な高周波スイッチを得る。高周波スイッチは、一端がアンテナ端子(1)(第1の高周波信号入出力端子)に接続され、他端が送信端子(2)(第2の高周波信号入出力端子)に接続され、所定の高周波電力以上の入力電力において導通状態となるアンチパラレルダイオード(4)(第1のアンチパラレルダイオード)を備える。高周波スイッチがSPDT方式の場合は、一端がアンテナ端子1に接続され、他端が受信端子(3)(第3の高周波信号入出力端子)に接続される、高周波スイッチの使用周波数における1/4波長線路(5)と、受信端子(3)とグランド(6)とに接続され、所定の高周波電力以上の入力電力において導通状態となる、アンチパラレルダイオード(7)(第2のアンチパラレルダイオード)と、を備えてもよい。

Description

高周波スイッチ
 本発明は、送受信モジュール等の高周波回路に用いられる、高周波信号の経路を切り換える高周波スイッチに関する。
 送受信モジュールは、共通のアンテナで、送信信号を送信すると共に受信信号を受信するため、アンテナに接続された高周波スイッチにて、送信時には送信部を受信時には受信部をアンテナに接続するように切り換える。
 例えば、特許文献1には、スイッチ回路内の伝送線路と並列にコンデンサを接続する高周波スイッチ回路が記載されている。特許文献1の高周波スイッチ回路によれば、送信周波数帯域と受信周波数帯域の一部が重畳する帯域においても、35dB以上のアイソレーションを確保できると説明されている。
 特許文献2には、SPST(Single Pole, Single Throw)スイッチを用いる高周波スイッチが記載されている。特許文献2の高周波スイッチは、90°ハイブリッドカプラにSPSTスイッチと0°または±90°の位相差が設定できる可変移相器とを縦続接続し、可変移相器の出力端に90°ハイブリッドカプラを接続するように構成される。そして、SPSTスイッチのオン・オフ状態と可変移相器での移相量を連動して制御することにより、入力端子1から入力した高周波信号を、出力端子2及び出力端子3のいずれか一方に出力する。
 一般的な回路として、アンチパラレルダイオードをリミッタ回路として使用することが知られている(例えば、特許文献3または4参照)。また、リミッタダイオードをスイッチング素子として用いることが特許文献5に記載されている。
特開2008-109535号公報 特開2007-221314号公報 実開昭58-88423号公報 特開2007-150935号公報 実開平2-90554号公報
 特許文献1または特許文献2に記載の高周波スイッチは、外部からの制御信号を必要とし、この外部制御信号を生成するための制御回路を必要とする。特に、高周波スイッチを高速に切り換える場合や高電圧で駆動させる場合は複雑な制御回路が必要である。このため、従来の高周波スイッチは周辺回路である制御回路の回路規模が大きくなるという課題があった。
 本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、外部からの制御信号を必要としない小型な高周波スイッチを得ることを目的とする。
 本発明における高周波スイッチは、一端が第1の高周波信号入出力端子に接続され、他端が第2の高周波信号入出力端子に接続され、所定の高周波電力以上の入力電力において導通状態となる第1のアンチパラレルダイオードを備える。
 本発明によれば、高周波スイッチの切り換え動作は、入力される高周波電力によるアンチパラレルダイオードのオン/オフ動作で実施されるため、切り換え信号を生成する制御回路が不要で、小型な高周波スイッチが得られる。
本発明の実施の形態1に係るSPDT方式の高周波スイッチの回路図である。 大信号電力の高周波信号の通過時における高周波スイッチの等価回路図である。 小信号電力の高周波信号の通過時における高周波スイッチの等価回路図である。 本発明の実施の形態2に係る高周波スイッチの回路図である。 本発明の実施の形態3に係る高周波スイッチの回路図である。 本発明の実施の形態4に係るSPST方式の高周波スイッチの回路図である。 本発明の実施の形態5に係る高周波スイッチの回路図である。 実施の形態2に実施の形態5の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。 実施の形態3に実施の形態5の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。 実施の形態4に実施の形態5の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。 本発明の実施の形態6に係る高周波スイッチの回路図である。 実施の形態2に実施の形態6の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。 実施の形態3に実施の形態6の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。 実施の形態4に実施の形態6の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。 実施の形態4に実施の形態6の構成を適用した他の高周波スイッチの回路図である。 本発明の実施の形態7に係る高周波スイッチの回路図である。 実施の形態2に実施の形態7の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。 実施の形態3に実施の形態7の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。 実施の形態4に実施の形態7の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。 実施の形態2に実施の形態7の構成を適用した他の高周波スイッチの回路図である。
 実施の形態1.
 本発明の実施の形態1について図1を用いて説明する。図1は、アンテナに接続される送信回路と受信回路を切り換えるSPDT(Single Pole, Dual Trow)方式の高周波スイッチの回路図である。高周波スイッチは、アンチパラレルダイオード4(第1のアンチパラレルダイオード)、1/4波長線路5(第1の1/4波長線路)およびアンチパラレルダイオード7(第2のアンチパラレルダイオード)を備える。高周波スイッチは、アンテナ端子1(第1の高周波入出力端子)でアンテナ10に、送信端子2(第2の高周波入出力端子)で送信回路8に、受信端子3(第3の高周波入出力端子)で受信回路9にそれぞれ接続される。
 アンチパラレルダイオード4は、アノードとカソードが互いに反対となるように並列接続された2つのPINダイオード(P-Intrinsic-N diode)から構成される。アンチパラレルダイオード4は、アンテナ端子1と送信端子2に接続している。1/4波長線路5は、アンチパラレルダイオード4のアンテナ端子1側の分岐点11と、受信端子3に接続されている。1/4波長線路5は、高周波スイッチの使用周波数、すなわち高周波スイッチを通過する高周波信号の1/4波長の伝送長さを有する。したがって1/4波長線路5の両端で、使用周波数のπ/2の位相差を生じる。
 アンチパラレルダイオード7は、アノードとカソードが互いに反対となるように並列接続された2つのPINダイオード(p-intrinsic-n Diode)から構成される。アンチパラレルダイオード7は、1/4波長線路5の受信端子3側の接続点12に接続されている。また、アンチパラレルダイオード7の一端が回路のグランド6に接続される。グランド6は、回路の基準となる電位を与える等電位点である。
 送信回路8から出力された高周波信号は、送信端子2を経由してアンチパラレルダイオード4を通過し、アンテナ端子1に接続されたアンテナ10へ出力される。また、アンテナ10で受信した高周波信号は送信回路8側と受信回路9側の分岐点11から1/4波長線路5を通過し、受信端子3に接続された受信回路9に入力される。以下、図1の高周波スイッチの動作を説明する。
 図2Aは、大信号電力の高周波信号の通過時における高周波スイッチの等価回路図である。大信号電力の高周波信号の通過時において、アンチパラレルダイオード4、7は、それぞれ並列抵抗4a、7aとみなすことができる。大信号電力とは、ダイオードの順方向バイアスで電流が急激に大きくなる電圧(順電圧)以上の電力である。並列抵抗4a、7aの2つの抵抗は、実際にはダイオードなので、それぞれ一方向にしか電流を流さないが、2つのダイオードが互いに逆向きに並列接続されるので、双方向に電流が流れる。その結果、送信信号13の矢印で示す向きに送信信号が流れる。
 アンチパラレルダイオード4、7は、PINダイオードの順電圧以上の例えば100mWの大信号電力の高周波信号が入力するとオン状態(導通状態)となり、高周波的には微小抵抗に見える。アンチパラレルダイオード7が高周波的に微小抵抗に見えるので、接続点12はグランド6の短絡点になる。送信回路8側と受信回路9側の分岐点11は、短絡点となっている接続点12から高周波信号の周波数の波長の1/4波長離れているため、高周波的には開放点である。その結果、送信信号13は、受信回路9側の経路へは向かわず、アンテナ10へ出力される。
 図2Bは、小信号電力の高周波信号の通過時における高周波スイッチの等価回路である。小信号電力の高周波信号の通過時には、アンチパラレルダイオード4、7は、それぞれ並列コンデンサ4b、7bとみなすことができる。小信号電力とは、ダイオードの順方向バイアスで電流が急激に大きくなる電圧(順電圧)より小さい電力である。また、ダイオードの降伏電圧(の絶対値)以下の電力である。この領域ではダイオードは双方向にほとんど電流を流さない。その結果、受信信号14の矢印で示す経路で受信信号が流れる。
 アンチパラレルダイオード4、7は、PINダイオードの順電圧未満の例えば数mWの小信号電力の高周波信号が入力されるときはオフ状態(遮断状態)であり、高周波的には並列コンデンサ4b、7bに見え、開放状態となる。アンチパラレルダイオード4、7が高周波的にオープン状態に見えるので、受信信号14はアンチパラレルダイオード4、7を通過することなく、受信回路9へ入力される。
 このように、実施の形態1の高周波スイッチは、通過する高周波信号の電力大きさにより自動的に信号経路を切り換える。順電圧が所望の電力でオン/オフ状態を切り替える順電圧を有するダイオードを選択して、アンチパラレルダイオード4、7を構成することにより、所定の高周波電力以上の入力電力において導通状態となるスイッチを構成することができる。
 アンチパラレルダイオード4、7は、外部からの制御信号を必要としないため、高周波スイッチを高速に切り換える制御回路や高電圧で駆動させる制御回路などの複雑な制御回路が不要であり、小型に構成することができる。また、アンチパラレルダイオード4、7の構成では、PINダイオードに高電圧がかからないため、例えば数百ワットの大電力の送信信号を低損失で通過させることができる。
 さらに、実施の形態1の高周波スイッチは、アンチパラレルダイオード4で大信号電力の高周波信号を通過させると共に、小信号電力の高周波信号を遮断させているので、送信回路8で発生した送信信号以外の小信号電力のノイズが発生したとき、小信号電力のノイズが受信回路9側への漏れ込むことが抑制される。
 実施の形態1では、送信端子2からアンテナ端子1へ大信号電力の高周波信号が通過し、アンテナ端子1から受信端子3へ小信号電力の高周波信号が通過する場合について説明した。アンテナ端子1に大信号電力の高周波信号が入力したときはアンチパラレルダイオード4、7がオン状態となるので、大信号電力の高周波信号は送信端子2へ通過する。受信端子3に小信号電力の高周波信号が入力したときはアンチパラレルダイオード4、7がオフ状態となるので、小信号電力の高周波信号はアンテナ端子1へ通過する可逆特性を有している。
 実施の形態2.
 実施の形態2では、高周波スイッチの送信回路8とアンテナ10との間のアンチパラレルダイオード4を2段構成とする。図3は、本発明の実施の形態2に係る高周波スイッチの回路図である。
 実施の形態2の高周波スイッチは、実施の形態1のアンチパラレルダイオード4を、直列接続される2つのアンチパラレルダイオード41、42に置き換えた構成である。アンチパラレルダイオード41、42を直列接続し2段構成とすることで、小信号電力の高周波信号の通過時におけるアンチパラレルダイオードのオープン状態が2段となる。その結果、分岐点11から送信回路8側を見たアイソレーション量が大きくなる効果がある。
 実施の形態2では、送信回路8側のアンチパラレルダイオード4を2段構成とする例を説明した。実施の形態2の高周波スイッチは、アンチパラレルダイオード4を3段以上の複数段で構成してもよい。アンチパラレルダイオード4の段数を変えることによって、小信号電力の高周波信号の通過時における、送信回路8側と受信回路9側の分岐点11から送信回路8側を見たアイソレーション量を調整することができる。
 実施の形態3.
 実施の形態3では、実施の形態2の構成からさらに、2段のアンチパラレルダイオード41、42の間に直列接続される、高周波スイッチの使用周波数の波長における1/4波長線路を備える構成とする。
 図4は、本発明の実施の形態3に係る高周波スイッチの回路図である。図4において、2段のアンチパラレルダイオード41、42は、高周波スイッチの使用周波数の波長における1/4波長線路16(第2の1/4波長線路)を介して接続されている。図4において、図3と同一の構成要素には同一符号を付している。1/4波長線路5、アンチパラレルダイオード7、受信端子3およびグランド6の構成は、実施の形態1および2と同様である。
 アンチパラレルダイオード4を直列接続して2段構成とすることで、小信号電力の高周波信号の通過時におけるアンチパラレルダイオードの開放状態が2段となる。そのため、送信回路8側と受信回路9側の分岐点11から送信回路8側を見たアイソレーション量が大きくなる効果がある。さらに、1/4波長線路16を設けることでアンチパラレルダイオード41と1/4波長線路16の接続点が開放点に見えるため、小信号電力はさらに抑制され、小信号電力のアイソレーション量を本発明の実施の形態2よりもさらに大きくすることができる。
 実施の形態3では、送信回路8側のアンチパラレルダイオード41、42が2段構成の場合を説明した。実施の形態3では、1/4波長線路16を介在させながらアンチパラレルダイオード4を3段以上の複数段で構成してもよい。アンチパラレルダイオード4の段数を変えることによって、小信号電力の高周波信号の通過時における、送信回路8側と受信回路9側の分岐点11から送信回路8側を見たアイソレーション量を調整することができる。
 実施の形態4.
 実施の形態1ないし3は、SPDT方式の高周波スイッチであるのに対して、実施の形態4では、SPST(Single Pole, Single Throw)方式の高周波スイッチに適用した場合を取り上げる。図5は、本発明の実施の形態4に係る高周波スイッチの回路図である。
 図5に示されるように、高周波スイッチは、送信回路8とアンテナ10との間に直列接続されたアンチパラレルダイオード4を備える。図5の高周波スイッチは、図1の送信回路8側の回路に相当する。
 アンチパラレルダイオード4は、実施の形態1と同様に、送信回路8から出力された大信号電力の高周波信号が入力される場合は、並列抵抗4aとみなすことができる。PINダイオードの順電圧を超える例えば100mWの大信号電力の高周波信号が入力するとオン状態となり、高周波的には微小抵抗に見える。したがって、送信端子2から大信号電力の高周波信号が入力した場合は、アンテナ端子1と送信端子2が導通状態となり、送信回路8からの高周波信号がアンテナ10に伝送される。
 逆に、小信号電力の高周波信号が入力される場合は、アンチパラレルダイオード4は、並列コンデンサ4bとみなすことができる。アンチパラレルダイオード4は、PINダイオードの順電圧未満の例えば数mWの小信号電力の高周波信号が入力されるときはオフ状態であり、高周波的には並列コンデンサ4bに見え、開放状態となる。その結果、アンテナ10から入力される小信号電力の高周波信号は、送信端子2に伝わることが抑制される。
 このように、本発明の実施の形態4における高周波スイッチは、通過する高周波信号の電力の大きさにより自動的にオン/オフし、外部からの制御信号を必要としない小型なSPSTスイッチとして動作する。
 さらに、実施の形態4の高周波スイッチは、アンチパラレルダイオード4で大信号電力の高周波信号を通過させるだけでなく、小信号電力の高周波信号を遮断するので、送信回路8で発生した送信信号以外の小信号電力のノイズが発生したとき、小信号電力のノイズがアンテナ10から放射されることを防止する効果がある。また、実施の形態2および実施の形態3と同様に、アンチパラレルダイオード4を複数段の構成として、小信号電力のアイソレーション量を調整できる。
 実施の形態4では、送信端子2からアンテナ端子1へ通過する高周波信号をオン/オフする動作だけでなく、アンテナ端子1から送信端子2へ高周波信号が通過する場合も同様の作用により高周波信号がオン/オフされる可逆特性を有している。
 実施の形態5.
 実施の形態5の高周波スイッチは、アンチパラレルダイオード4に並列に接続されるインダクタンスを備える構成である。図6は、本発明の実施の形態5に係る高周波スイッチの回路図である。図6において、図1と同一の構成要素には同一符号を付している。
 実施の形態5の高周波スイッチは、図6に示されるように、アンチパラレルダイオード4に並列にインダクタンス20(第1のインダクタンス)が接続されている。送信回路8からの大信号電力の高周波信号の電力が低下し、PINダイオードの順電圧未満、例えば100mW未満となると、アンチパラレルダイオード4はオフ状態となり、アンテナ端子1と送信端子2が遮断状態となる。その遮断状態への変移時間である立下り時間が、インダクタンス20を設けることにより短縮される効果がある。このように、インダクタンス20をアンチパラレルダイオード4に並列に接続することにより、特別な制御信号を必要とせず、立下り時間の短い高周波スイッチが得られる。
 なお、インダクタンス20のインピーダンスは高周波信号の周波数においては、高抵抗となるので、インダクタンス20を通過する高周波信号は無視できる。
 実施の形態5におけるインダクタンス20は、本発明の実施の形態2ないし4の高周波スイッチに追加しても同様の効果が得られる。図7は、実施の形態2に実施の形態5の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。図7の高周波スイッチは、図3の高周波スイッチのアンチパラレルダイオード41、42に並列に、インダクタンス(第1のインダクタンス)201、202がそれぞれ接続されている。
 図8は、実施の形態3に実施の形態5の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。図8の高周波スイッチは、図4の高周波スイッチのアンチパラレルダイオード41、42に並列に、インダクタンス201、202がそれぞれ接続されている。図9は、実施の形態4に実施の形態5の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。図9の高周波スイッチは、図5の高周波スイッチのアンチパラレルダイオード4に並列に、インダクタンス20が接続されている。
 実施の形態6.
 実施の形態6の高周波スイッチは、送信端子2に接続する第1のアンチパラレルダイオードのアンテナ端子1側とグランドとに接続されるインダクタンスを備える。図10は、本発明の実施の形態6に係る高周波スイッチの回路図である。図10において、図1と同一の構成要素には同一符号を付している。
 実施の形態6の高周波スイッチは、図10に示されるように、アンチパラレルダイオード4のアンテナ端子1側とグランド22との間にインダクタンス21(第2のインダクタンス)が接続されている。グランド22は、グランド6と同じ回路の基準となる電位を与える等電位点である。送信回路8からの大信号電力の高周波信号の電力が低下し、PINダイオードの順電圧以下、例えば100mW以下となると、アンチパラレルダイオード4はオフ状態となり、アンテナ端子1と送信端子2が遮断状態となる。その遮断状態への変移時間である立下り時間が、インダクタンス21を設けることにより短縮される効果がある。このように、インダクタンス21をアンチパラレルダイオード4のアンテナ端子1側とグランド22との間に接続することにより、特別の制御信号を必要とせず、立下り時間の短い高周波スイッチが得られる。
 なお、インダクタンス21のインピーダンスは高周波信号の周波数においては、高抵抗となるので、インダクタンス21を通過する高周波信号は無視できる。
 本発明の実施の形態6におけるインダクタンス21は、本発明の実施の形態2ないし4の高周波スイッチに適用しても同様の効果が得られる。図11は、実施の形態2に実施の形態6の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。図11の高周波スイッチは、図3の高周波スイッチのアンチパラレルダイオード41のアンテナ端子1側とグランド22との間にインダクタンス21が接続されている。
 図12は、実施の形態3に実施の形態6の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。図12の高周波スイッチは、図4の高周波スイッチのアンチパラレルダイオード41のアンテナ端子1側とグランド22との間にインダクタンス21が接続されている。
 図13は、実施の形態4に実施の形態6の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。図13の高周波スイッチは、図5の高周波スイッチのアンチパラレルダイオード4のアンテナ端子1側とグランド22との間にインダクタンス21が接続されている。
 図14は、実施の形態4に実施の形態6の構成を適用した他の高周波スイッチの回路図である。図14の高周波スイッチは、実施の形態4のアンチパラレルダイオード4を、2段構成にして、送信端子2に接続されるアンチパラレルダイオード41のアンテナ端子1側とグランド22の間にインダクタンス21が接続されている。
 図11、図12および図14に示すように、アンチパラレルダイオード4を直列接続したときは、直列接続の共通接続点側にインダクタンス21を設ける。
 実施の形態7.
 実施の形態7の高周波スイッチは、実施の形態5の高周波スイッチの構成に、さらに、アンチパラレルダイオード4のアンテナ端子1側とグランド22との間に接続されるインダクタンスを備える。図15は、本発明の実施の形態7に係る高周波スイッチの回路図である。図15において、図1、図6および図10と同一の構成要素には同一符号を付している。
 実施の形態7の高周波スイッチは、図15に示されるように、アンチパラレルダイオード4に並列にインダクタンス20が接続され、さらに、アンチパラレルダイオード4のアンテナ端子1側とグランド22との間にインダクタンス21が接続されている。実施の形態7における高周波スイッチは、インダクタンス20とインダクタンス21を用い、本発明の実施の形態5および6の高周波スイッチを併用している。そのため、実施の形態5および6の高周波スイッチより立下り時間の短い高周波スイッチが得られる。
 本発明の実施の形態7におけるインダクタンス20とインダクタンス21は、本発明の実施の形態2ないし4の高周波スイッチに適用しても同様の効果が得られる。図16は、実施の形態2に実施の形態7の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。図16の高周波スイッチは、図7の高周波スイッチにおいてアンチパラレルダイオード42のアンテナ端子1側とグランド22との間にインダクタンス21が接続されている。
 図17は、実施の形態3に実施の形態7の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。図17の高周波スイッチは、図8の高周波スイッチにおいてアンチパラレルダイオード42のアンテナ端子1側とグランド22との間にインダクタンス21が接続されている。
 図18は、実施の形態4に実施の形態7の構成を適用した高周波スイッチの回路図である。図18の高周波スイッチは、図9の高周波スイッチにおいてアンチパラレルダイオード4のアンテナ端子1側とグランド22との間にインダクタンス21が接続されている。
 図19は、実施の形態4に実施の形態7の構成を適用した他の高周波スイッチの回路図である。図19の高周波スイッチは、図14の高周波スイッチにおいてアンチパラレルダイオード41のアンテナ端子1側とグランド22との間にインダクタンス21が接続されている。
 なお、本発明の実施の形態7においては、アンチパラレルダイオード4を2段以上、直列接続したときは、インダクタンス21は、直列接続されたアンチパラレルダイオード4の共通接続点、アンテナ端子1側、送信端子2側のいずれに設けてもよい。
 上記実施の形態は、いずれも本発明の趣旨の範囲内で各種の変形が可能である。上記実施の形態は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は実施形態よりも添付した請求項によって示される。請求項の範囲内、および発明の請求項と均等の範囲でなされた各種変形は本発明の範囲に含まれる。
 本出願は、2011年5月27日に出願された、明細書、特許請求の範囲、図、および要約書を含む日本国特許出願2011-119379号に基づく優先権を主張するものである。この元となる特許出願の開示内容は参照により全体として本出願に含まれる。
       1 アンテナ端子(第1の高周波信号入出力端子)
       2 送信端子(第2の高周波信号入出力端子)
       3 受信端子(第3の高周波信号入出力端子)
 4、41、42 アンチパラレルダイオード(第1のアンチパラレルダイオード)
       5 1/4波長線路(第1の1/4波長線路)
       6 グランド
 7、71、72 アンチパラレルダイオード(第2のアンチパラレルダイオード)
       8 送信回路
       9 受信回路
      10 アンテナ
      11 分岐点
      12 接続点
      13 送信信号
      14 受信信号
      16 1/4波長線路(第2の1/4波長線路)
      20 インダクタンス(第1のインダクタンス)
      21 インダクタンス(第2のインダクタンス)
      22 グランド
 201、202 インダクタンス(第1のインダクタンス)

Claims (7)

  1.  一端が第1の高周波信号入出力端子に接続され、他端が第2の高周波信号入出力端子に接続され、所定の高周波電力以上の入力電力において導通状態となる第1のアンチパラレルダイオードを備える、高周波スイッチ。
  2.  一端が前記第1の高周波信号入出力端子に接続され、他端が第3の高周波信号入出力端子に接続される、前記高周波スイッチの使用周波数における第1の1/4波長線路と、
     前記第3の高周波信号入出力端子とグランドとに接続され、所定の高周波電力以上の入力電力において導通状態となる、第2のアンチパラレルダイオードと、
     を備える請求項1に記載の高周波スイッチ。
  3.  前記第1のアンチパラレルダイオードは、直列接続される2以上のアンチパラレルダイオードから構成される、請求項1または2に記載の高周波スイッチ。
  4.  前記第1のアンチパラレルダイオードの直列接続される2以上のアンチパラレルダイオードの間に直列接続される、前記高周波スイッチの使用周波数における第2の1/4波長線路を備える請求項3に記載の高周波スイッチ。
  5.  前記第1のアンチパラレルダイオードに並列に接続される第1のインダクタンスを備える、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の高周波スイッチ。
  6.  前記第2の高周波信号入出力端子に接続する前記第1のアンチパラレルダイオードの前記第1の高周波入出力端子側とグランドとに接続される、第2のインダクタンスを備える請求項1ないし5のいずれか1項に記載の高周波スイッチ。
  7.  前記第1のアンチパラレルダイオードに並列に接続される第1のインダクタンスと、
     前記第1のアンチパラレルダイオードの直列接続される2以上のアンチパラレルダイオードのいずれかの端子とグランドとに接続される第2のインダクタンスと、
     を備える請求項3または4に記載の高周波スイッチ。
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